Чем отличаются фиксирующая и плавающая опоры вала?

Фиксирующая опора определяет осевое положение вала относительно корпуса и воспринимает предусмотренные осевые силы. Плавающая опора поддерживает вал радиально и допускает его расчётное осевое перемещение, например при прогреве. Такое разделение не даёт изменению длины вала превратиться в нежелательную внутреннюю осевую нагрузку. Плавание обеспечивают внутри подшипника либо перемещением одного кольца по посадочной поверхности.

Здесь рассматривается схема с фиксирующей и плавающей опорами. Есть также регулируемые и другие схемы; правило о единственном осевом закреплении нельзя механически переносить на каждую машину.

Пример внутреннего осевого хода разобран в статье о конструкциях N, NU, NJ и NUP. Преднатяг решает другую задачу и не заменяет тепловую компенсацию.

Почему валу нужно место для удлинения

В работающей машине вал и корпус могут нагреваться неодинаково. Даже если оба изготовлены из стали, их температуры, длины и условия отвода тепла различаются. Расстояния между посадочными местами меняются. К этому добавляются допуски изготовления и деформации под нагрузкой.

Если оба конца вала жёстко закрепить в осевом направлении без предусмотренной компенсации, детали начнут нагружать друг друга. Тогда подшипники получают силу, которой нет в расчётной схеме внешних нагрузок. Назначение двух разных опор и возможные компоновки показаны в разделе JTEKT о схемах расположения подшипников.

Что именно фиксирует фиксирующая опора

Она должна передавать осевую силу по полной цепочке: от вала через внутреннее кольцо, контакты подшипника и наружное кольцо к корпусу. Поэтому важны не только возможности самого подшипника, но и заплечики, крышки, гайки, стопорные элементы. Если наружное кольцо свободно уходит в корпусе, одна затянутая гайка на валу не создаёт законченного осевого закрепления.

Фиксирующей опорой может быть один подходящий подшипник или согласованная группа. Например, пара радиально-упорных подшипников в одном месте способна выполнять эту функцию. Конкретный выбор определяется направлениями и величиной осевых сил и требуемой точностью положения. Схемы и варианты закрепления рассматривает руководство Schaeffler MH 1.

Два способа организовать плавающую опору

Осевое перемещение внутри подшипника

Некоторые цилиндрические роликоподшипники допускают относительное осевое смещение колец благодаря своей конструкции. Тогда подходящие посадки могут удерживать оба кольца, а удлинение компенсируется внутри. Нужно проверить допустимый ход конкретного исполнения, положение колец при сборке и зазоры до соседних деталей. Наличие роликов само по себе ещё не означает возможность такого перемещения.

Скольжение кольца в посадочном месте

При другом варианте подшипник перемещается вместе с валом, а одно кольцо скользит относительно корпуса или вала. Часто перемещение предусматривают по наружному кольцу, но выбор зависит от характера нагружения колец. Посадка должна одновременно обеспечивать предусмотренное скольжение и не приводить к недопустимому проворачиванию кольца.

Для этой схемы недостаточно написать на чертеже «плавающая». Нужны подходящая форма посадочного места, доступный осевой ход и отсутствие зажима торцов. Коррозия, деформация корпуса и изменение посадки при нагреве способны затруднить перемещение. Эти ограничения подробно объясняются в инженерной статье SKF.

Как читать схему при ремонте

На чертеже отметьте место осевой фиксации и путь передачи силы в каждом направлении. Затем найдите поверхность, на которой должно происходить относительное перемещение. Проверьте, не перекрывают ли ход крышка, распорное кольцо, уплотнение или ошибочно установленное фиксирующее кольцо корпуса.

Полезно записать исходное положение плавающей части и требуемый запас хода по документации. Значение посадки нельзя выбирать только из привычки: направление вращения нагрузки относительно кольца, материал корпуса и температура меняют задачу. Плавающая опора сохраняет радиальную точность, поэтому свободный осевой ход не оправдывает разбитое посадочное место.

Учебный пример: две одинаковые корпусные опоры

Представим длинный вал вентилятора с одинаковыми снаружи корпусами. В одном корпусе наружное кольцо закреплено штатными фиксирующими кольцами, в другом ему оставлен предусмотренный ход. При ремонте установили одинаковые кольца в оба корпуса. Внешний вид стал симметричным, но тепловая компенсация исчезла. Проверять нужно комплектность каждого места по схеме, а не сходство корпусов.

Частые вопросы

Плавающая опора означает большой радиальный люфт?

Нет. Она допускает определённое осевое перемещение. Радиальная посадка и внутренний зазор всё равно должны соответствовать проекту.

Можно ли выбрать плавающую сторону произвольно?

Нет. Её положение связано с передачей осевых сил, рабочими зазорами машины, муфтой и требованиями к осевому положению деталей.

Два шариковых подшипника могут образовать такую схему?

Да, если предусмотрено и проверено осевое скольжение одного кольца. Сам тип подшипника не обеспечивает его автоматически.

Продолжить изучение

• Чем отличаются цилиндрические подшипники N, NU, NJ и NUP?
• Что такое радиальная и осевая нагрузка на подшипник?
• Зачем нужен преднатяг подшипников?
• Как подобрать подшипник? Пошаговый алгоритм выбора

Как разобраться в подшипниках? Учебник от основ до заказа

Предыдущая тема: Зачем нужен преднатяг подшипников?. Следующая тема: Как выбрать внешнее уплотнение подшипникового узла?.